附有纹理的山川演示程序（第九章内容）

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附有纹理的山川演示程序（第九章内容）

9.11、附有纹理的山川演示程序

在该演示程序中，我们将会为陆地和河流的场景演示程序中添加纹理。为陆地和河流的场景演示程序添加纹理主要有两个问题：

1. 由于陆地的网格是一个极大且不规则的曲面，所以如果只是简单的拉伸纹理，将导致每个三角形只能分配到极少量的纹素，即最终只能得到纹理放大的失真效果。目前的解决方案是通过多次重复铺设纹理以获得更高的分辨率，从而改善失真。
2. 我们要根据时间函数让水流纹理随着波浪几何体流动起来。

9.11.1、生成栅格纹理坐标

假设有一个位于平面xz内的mxn栅格，栅格内的顶点坐标和归一化纹理坐标一一对应，则纹理坐标系中第i行，第j列的顶点坐标为

[u = j·u1；v = i`v1 ]

[u1 = 1/（n-1）;v1 = 1/(m-1) ]

上述公式的推演过程不展开介绍了。

根据上述公式，我们可以生成栅格的纹理坐标：

/*
**	Summary：生成栅格顶点
**	Parameters：
**		width：栅格的宽度
**		depth：栅格的深度
**		m：行数
**		n：列数
**	Return：栅格的网格数据
*/
GeometryGenerator::MeshData GeometryGenerator::CreateGrid(float width, float depth, uint32 m, uint32 n)
{
	//用作返回值的数据
    MeshData meshData;

	//顶点数量
	uint32 vertexCount = m*n;
	//三角形数量
	uint32 faceCount   = (m-1)*(n-1)*2;

	//
	// 创建顶点
	//

	float halfWidth = 0.5f*width;
	float halfDepth = 0.5f*depth;

	float dx = width / (n-1);
	float dz = depth / (m-1);

	float du = 1.0f / (n-1);
	float dv = 1.0f / (m-1);

	meshData.Vertices.resize(vertexCount);
	for(uint32 i = 0; i < m; ++i)
	{
		float z = halfDepth - i*dz;
		for(uint32 j = 0; j < n; ++j)
		{
			float x = -halfWidth + j*dx;

			meshData.Vertices[i*n+j].Position = XMFLOAT3(x, 0.0f, z);
			meshData.Vertices[i*n+j].Normal   = XMFLOAT3(0.0f, 1.0f, 0.0f);
			meshData.Vertices[i*n+j].TangentU = XMFLOAT3(1.0f, 0.0f, 0.0f);
			
             //根据栅格拉伸纹理
			meshData.Vertices[i*n+j].TexC.x = j*du;
			meshData.Vertices[i*n+j].TexC.y = i*dv;
		}
	}
 

9.11.2、铺设纹理

我们要在陆地网格上铺设纹理，但是目前为止我们所计算的纹理坐标仅限于单位域[0,1]内，所以，我们需要指定重复寻址模式，然后通过纹理变换矩阵使纹理坐标按比例增大5倍，这样纹理坐标将会被映射到区间[0,5]中，纹理也会在陆地网格上重复铺设5x5次了。

    auto gridRitem = std::make_unique<RenderItem>();
    gridRitem->World = MathHelper::Identity4x4();
	XMStoreFloat4x4(&gridRitem->TexTransform, XMMatrixScaling(5.0f, 5.0f, 1.0f));
……

9.11.3、纹理动画

为了使水流纹理可以随着波浪几何体流动，我们需要在每一个更新周期中调用AnimateMaterial方法，以此根据时间函数在纹理平面内平移纹理坐标。我们使用重复寻址模式进行纹理贴图，这样就可以沿着纹理坐标平面接连不断的平移纹理坐标。下列代码展示了如何计算水流纹理的偏移向量，并且构建并设置流水的纹理矩阵

void TexWavesApp::AnimateMaterials(const GameTimer& gt)
{
	// 水水流材质的纹理坐标滚动
	auto waterMat = mMaterials["water"].get();

	float& tu = waterMat->MatTransform(3, 0);
	float& tv = waterMat->MatTransform(3, 1);

	tu += 0.1f * gt.DeltaTime();
	tv += 0.02f * gt.DeltaTime();

	if(tu >= 1.0f)
		tu -= 1.0f;

	if(tv >= 1.0f)
		tv -= 1.0f;

	waterMat->MatTransform(3, 0) = tu;
	waterMat->MatTransform(3, 1) = tv;

	// 材质已经发生变化，更新常量缓冲区
	waterMat->NumFramesDirty = gNumFrameResources;
}

9.11.4、示例程序演示效果

9.12、小结

1. 纹理坐标用于定义将要映射到3D三角形上的纹理三角形
2. 对于游戏而言，创建纹理的常用方法是：贴图师在图像编辑器（如Photoshop）中进行创作，然后打包成某一种格式的图像文件，如BMP、DDS、TGA或PNG等等，然后游戏应用程序会在加载资源的时候将图像资源载入ID3DResource对象。（对于实时图形应用程序来说，DDS图像文件格式是最好的选择）
3. 到处DDS文件格式的方法：使用图像编辑器或者微软提供的texconv的命令行工具。
4. 我们可以通过CreateDDSTextureFromFile12函数来创建纹理
5. 当我们放大或者缩小物体表面时，会出现需要以少量纹素来覆盖大量屏幕像素或者以大量纹素来覆盖少量屏幕像素的问题，这个时候我们需要涉及纹理放大和纹理缩小的相关操作。mipmap和纹理过滤器是处理纹理缩小和放大的关键技术。GPU支持3中原生的纹理过滤器（根据质量由低到高，开销由低到高排序）——点过滤，线性过滤，各向异性过滤。
6. 纹理的寻址模式定义了DirectX3D如何处理超过[0,1]范围的纹理坐标，常用的寻址模式由四种：重复寻址模式、边框颜色寻址模式、镜像寻址模式和钳位寻址模式
7. 我们可以像变换普通的2D点一样，利用纹理坐标对纹理进行缩放，旋转和平移操作，通过在每一帧中小幅度并且渐进的变换纹理坐标，我们可以实现纹理的动画效果。